Bài thuyết trình: Hệ thống định vị toàn cầu - GPS

Autocad & HTĐVTC GPS

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ 
TOÀN CẦU ­ GPS 
Cán bộ hướng dẫn:
Trần Thị Ngọc 
Trinh

Nhóm 2


NỘI DUNG BÁO CÁO
      I. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU ­ GPS

    II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN
 III. CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 
             TRÊN THẾ GIỚI
    


I. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU ­ GPS
1. ĐỊNH NGHĨA
Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS) 
là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, 
do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết  kế,  xây  dựng,  vận  hành  và  quản 
lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ 
được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít 
nhất ba vệ tinh.
Tuy  được  quản  lý  bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ,  chính  phủ 
Hoa Kỳ cho  phép  mọi  người  trên  thế  giới  sử  dụng  một  số  chức 
năng của GPS miễn phí, bất kể quốc tịch nào.

I. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU ­ GPS
2. PHÂN LOẠI
Hệ thống gồm có 3 phần:
- Phần không gian (Space Segment).
- Phần điều khiển (Control Segment).
- Phần sử dụng (Use Segment).


I. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU ­ GPS
2. PHÂN LOẠI
  Phần  không  gian: hay  còn  gọi  là  bộ  phận  không  gian  là  một  hệ 
thống  gồm  nhiều  vệ  tinh  bay  chung  quanh  trái  đất  theo  các  quỹ  đạo 
khác nhau được điều khiển bởi bộ phận điều khiển.
Gồm 24 vệ tinh quay xung quanh trái đất 2 lần trong ngày quỹ đạo 
rất chính xác. Độ cao của vệ tinh so với mặt đất là 20.183 km, chu kỳ 
quy xung quanh trái đất là 11 giờ 57’58”.
Phần  vũ  trụ  sẽ đảm  bảo  cho  bất  kỳ  vị  trí  nào  trên  trái  đất  đều  có 
thể quan sát đươc 4 vệ tinh  ở góc độ 15 độ (nếu góc  ở ngưỡng 10 độ 
thì có thể quan sát được 10 vệ tinh và  ở góc ngưỡng 5 độ có thể quan 
sát được 12 vệ tinh).


I. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU ­ GPS
2. PHÂN LOẠI
Nhiệm vụ chủ yếu của vệ tinh : 
– Ghi nhận và lưu trữ các thông tin truyền đi từ phần điều khiển.
– Sử dụng liệu có chọn lọc trên vệ tinh.
– Duy trì chính xác độ cao của thời gian bằng các đồng hồ nguyên tử.

– Chuyển tiếp thông tin đến người dùng.
– Thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển của mặt đất.


I. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU ­ GPS
2. PHÂN LOẠI
Phần điều khiển: là một hệ thống các thiết bị đặt tại nhiều nơi khác 
nhau trên mặt đất được sử dụng để giám sát và điều khiển các vệ tinh.
ü
Gồm  1 trạm  điều khiển  chính, 5  trạm  thu  số  liệu, 3  trạm  truyền  số 
liệu.
Trạm  điều  khiển  chính  đặt  tại  Colorade  Spring  (Mỹ)  có  nhiệm  vụ  thu 
thập các  dữ  liệu  theo  dõi  vệ  tinh  từ  các  trạm  thu  số  liệu  để  xử lý.  Công 
nghệ  xử lý  gồm  :  Tính  lịch  thiên  văn,  tính  và  hiệu  chỉnh  đồng  hồ,  hiệu 
chỉnh quỹ đạo điều khiển, thay thế các vệ tinh ngừng hoạt động bằng các 
vệ tinh dự phòng.


I. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU ­ GPS
2. PHÂN LOẠI
Phần điều khiển: là một hệ thống các thiết bị đặt tại nhiều nơi khác 
nhau trên mặt đất được sử dụng để giám sát và điều khiển các vệ tinh.
ü
Gồm  1 trạm  điều khiển  chính, 5  trạm  thu  số  liệu, 3  trạm  truyền  số 
liệu.
5 trạm thu dữ liệu  được đặt tại Hawai, Collrade Sping , Ascesion (Ban 
Đại Tây Dương), Diago Garia (Ấn Độ Dương), Kwayalien (Nam Thái Bình 
Dương).  Có  nhiệm  vụ  theo  dõi  các  tín  hiệu  vệ  tinh  để  kiểm  soát  và  dự 
đoán  quỹ  đạo  của  chúng.  Mỗi  trạm được  trang  bị  những  máy  thu  P­code 
để thu các tín hiệu của vệ tinh, sau đó truyền về trạm điều khiển chính.

I. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU ­ GPS
2. PHÂN LOẠI
Phần điều khiển: là một hệ thống các thiết bị đặt tại nhiều nơi khác 
nhau trên mặt đất được sử dụng để giám sát và điều khiển các vệ tinh.
ü
Gồm  1 trạm  điều khiển  chính, 5  trạm  thu  số  liệu, 3  trạm  truyền  số 
liệu.
3  trạm  truyền  số  liệu  đặt  tại  Ascensionm  Diago  Garia  ,  Kwayalein  có 
khả  năng  chuyển  số  liệu  lên  vệ  tinh  gồm  lịch  thiên  văn  mới,  hiệu  chỉnh 
đồng hồ, các thông điệp cần phát các lệnh điều khiển từ xa.


I. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU ­ GPS
2. PHÂN LOẠI
Phần  sử dụng: các  thiết  bị  GPS  lắp  đặt  trên  phương  tiện  hoặc 
đem theo người (điện thoại di động, đồng hồ, máy ảnh…).
Thiết bị GPS là thiết bị có chức năng thu được tín hiệu phát ra từ 
các vệ tinh và tự tính toán vị trí của nó dựa trên các thông tin thu được. 
Như  vậy,  về  bản  chất,  tọa  độ  thiết  bị  GPS  là  kết  quả  tính  toán  từ 
thông tin về vị trí, khoảng cách giữa thiết bị GPS và các vệ tinh mà nó 
có thể kết nối được. Việc thu phát của hệ thống GPS được thực hiện 
theo tần suất là 1 giây một lần.


II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ 
PHÁT TRIỂN GPS
1. LÝ DO PHÁT MINH
Sự  ra  đời  của  những  phương  tiện  vận  chuyển  như  máy  bay,  và  những 

con  tàu  vũ  trụ  đòi  hỏi  điều  khiển  những  thiết  bị  đó  trong  không  gian  ba 
chiều.  Những  phương  pháp  dẫn  đường  và  những  hệ  thống  dẫn  đường  vô 
tuyến điện như khái quát ở trên chỉ dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở 
thành  lỗi  thời  và  không  phù  hợp  với  việc  điều  khiển  các  thiết  bị  chuyển 
động trong không gian ba chiều (6 bậc tự do) vì những hệ thống đương thời 
chỉ xác định được vị trí theo 2 chiều không gian. Trước những đòi hỏi về kỹ 
thuật  đó  nhiều  nhà  khoa  học  đã  được  chính  phủ  Mỹ  tài  trợ  để  thực  hiện 
nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ.


II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ 
PHÁT TRIỂN GPS
2. NGƯỜI PHÁT MINH GPS
Bộ Quốc phòng Mỹ là cơ quan thiết kế và điều khiển hệ 
thống  định  vị  toàn  cầu.  Trong  nhóm  những  người  tham  gia 
điều hành dự án GPS của Bộ Quốc phòng Mỹ cần kể tới sự 
đóng  góp  to  lớn  của  TS  Ivan  Getting,  người  sáng  lập  The 
Aerospace  Corporation,  và  TS  Bradford  Parkinson,  chủ  tịch 
hội đồng quản trị của The Aerospace Corporation. 


II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ 
PHÁT TRIỂN GPS
3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN GPS
Quá  trình  phát  triển  của  công  nghệ  định  vị  có  thể  chia 
thành 3 giai đoạn:
a.
b.
c.

Giai đoạn trước Chiến tranh thế giới thứ II
Giai đoạn Chiến tranh thế giới thứ II
Giai đoạn từ nửa sau thế kỷ XX đến nay


II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ 
PHÁT TRIỂN GPS
a.

3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN GPS
Giai đoạn trước Chiến tranh thế giới thứ II

Trong giai đoạn này khả năng định vị và định hướng phụ 
thuộc  chủ  yếu  vào  việc  quan  sát  các  vì  sao  khi  trời  quang 
đãng hay la bàn kết hợp với bản đồ.


II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ 
PHÁT TRIỂN GPS
3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN GPS
b. Giai đoạn Chiến tranh thế giới thứ II
Người ta phát triển các hệ thống mặt đất định vị vô tuyến 
như  GEE  tại  Anh  để  định  vị  cho  máy  bay  và  hệ  thống 
LORAN  (Long­range  navigation  system)  tại  Mỹ  để  định  vị 
tàu thủy.


II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ 
PHÁT TRIỂN GPS
3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN GPS

c. Giai đoạn từ nửa sau thế kỷ XX đến nay
Sự  phát  triển  vượt  bậc  của  các  lĩnh  vực  công  nghệ  vệ 
tinh, vi điện tử cùng với các kết quả nghiên cứu thành công 
về  dải  phổ  băng  tần  và  tiêu  chuẩn  thời  gian  nguyên  tử  đã 
tạo ra những điều kiện để thực hiện ý tưởng định vị nhờ vệ 
tinh.


II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ 
PHÁT TRIỂN GPS
3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN GPS
c. Giai đoạn từ nửa sau thế kỷ XX đến nay
Hệ  Transit  hoạt  động  từ  1967,  lúc  đầu  mang  tên  hệ  thống 
định vị cho hải quân. Hệ được thực hiện nhờ 4 – 7 vệ tinh bay 
ở quỹ đạo thấp (1.100km), mỗi vệ tinh phát tín hiệu với tần số 
150MHz và 400MHz. Transit được dùng để định vị các tàu ngầm 
của Mỹ mang đầu đạn hạt nhân Polaris cho đến khi ngừng hoạt 
động vào 1996. Sự thành coogn của hệ Transit đã thúc đẩy hình 
thành hệ thống GPS.


II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ 
PHÁT TRIỂN GPS
3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN GPS
c. Giai đoạn từ nửa sau thế kỷ XX đến nay
Năm 1973, dự án xây dựng hệ Navstar GPS được Bộ Quốc 
phòng  Mỹ  phê  duyệt.  Vệ  tinh  đầu  tiên  của  hệ  GPS  được 
phóng  năm  1978  và  đến  năm  1993  quả  vệ  tinh  thứ  24  (quả 
cuối cùng của hệ thống GPS)  được phóng lên quỹ đạo. Tuy 
nhiên  phải  đến năm  1995, hệ thống GPS của  Mỹ mới chính 

thức đi vào khai thác.


II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ 
PHÁT TRIỂN GPS
3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN GPS
c. Giai đoạn từ nửa sau thế kỷ XX đến nay
Gần  như  trong  cùng  khoảng  thời  gian  trên,  hệ  thống  vệ 
tinh  định  vị  GLONASS  của  Nga  cũng  được  xây  dựng  một 
cách  độc  lập  và  đưa  vào  khai  thác,  mở  đầu  cho  thời  kỳ 
hoàng  kimcuar  hệ  thống  vệ  tinh  định  vị  toàn  cầu  và  khả 
năng  ứng  dụng  rộng  rãi  cuẩ  nó  trong  mọi  mặt  của  cuộc 
sống. 


II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ 
PHÁT TRIỂN GPS
3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN GPS
c. Giai đoạn từ nửa sau thế kỷ XX đến nay

=> Các vệ tinh đã trở thành những vì sao nhân tạo, có 

thể  quan  sát  thấy  ở  hầu  như  khắp  mọi  nơi  trên  Trái 
Đất  và  tín  hiệu  phát  ra  chúng  luôn  luôn  tồn  tại  bất  kể 
ngày đêm, trong mọi điều kiện khí hậu. 


II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ 
PHÁT TRIỂN GPS
3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN GPS

c. Giai đoạn từ nửa sau thế kỷ XX đến nay
Ngày  nay,  với  một  máy  thu  GPS  giá  khoảng  vài  trăm 
USD, một bản đồ số và một không gian thoáng để thu nhận 
tín  hiệu,  bạn  sẽ  chẳng  thể  lạc  đường.  Hoặc  với  yêu  cầu 
định vị cao hơn thế nữa, bạn có thể mua hay máy thu GPS 
với giá khoảng vài chục ngàn USD cùng với sự thận trọng 
trong phân tích tín hiệu, bạn có thể theo dõi sự dịch chuyển 
của mặt đất chính xác tới vài milimet.


III. CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 
TRÊN THẾ GIỚI

1. CÁC HỆ THỐNG CŨ
2. CÁC HỆ THỐNG ĐANG VẬN HÀNH
3. CÁC HỆ THỐNG TRONG KHU VỰC


III. CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 
TRÊN THẾ GIỚI
1. CÁC HỆ THỐNG CŨ
•

TRANSIT
­  Là  hệ  thống  vệ  tinh  định  vị 
đầu tiên được đưa vào vận hành.
­  Hoạt  động  từ  năm  1964  đến 
năm 1996.
­ Điển hình có 4 ­ 6 vệ tinh  ở độ 
cao 1.075 km.

­ Hệ thống quân sự của Mỹ.

Vệ 
TRANSIT

tinh 


III. CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 
TRÊN THẾ GIỚI
1. CÁC HỆ THỐNG CŨ
•

TSIKADA

­ Của Liên xô cũ, tương đương với TRANSIT.
­ Là hệ thống dân sự dùng trong định vị, dẫn đường.
­ Vệ tinh đầu tiên được đưa lên quỹ đạo vào năm 1974, vận  
hành hoàn chỉnh vào 1978, hoạt động đến 1995.
­ Bao gồm 4 vệ tinh bay ở quỹ đạo tầm thấp, khoảng 1.000 
km
­ Có độ chính xác từ 50 – 100m.


III. CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 
TRÊN THẾ GIỚI
2. CÁC HỆ THỐNG ĐANG VẬN HÀNH
GLONASS
­ Do Liên Xô phát triển để thay 
thế TSIKADA kể từ năm 1976.

­  Hệ  thống  được  xây  dựng 
hoàn chỉnh vào năm 1995.
­  Đến  tháng  3/2014,  đã  có  29 
vệ  tinh  vận  hành,  với  phạm  vi 
phủ sóng toàn cầu.
•

Mô hình vệ tinh GLONASS